[发明专利]用于由长心卡帕藻集成生产乙醇和海藻液的方法

说明书

发明领域

本发明涉及由长心卡帕藻(Kapphycus alvarezii)生产乙醇和海藻液的集成方法。更具体地，本发明涉及用于由富含藻胶的红色海藻长心卡帕藻生产乙醇的方法。

发明背景

由于乙醇在燃料市场中的高需求，现在乙醇是一种重要的产品。其市场由1975年的不到十亿升到2006年的超过390亿升，并且预计在2015年达到1000亿升(Licht 2006)。全球乙醇生产在2000-2005年间超过翻番，而起始于小得多的基础的生物柴油的生产仅扩张了四倍。相反，在同一时期，世界油生产仅增加7％。少于4％的乙醇由石油合成生产，而其余的通过由生物资源发酵生产。现在，乙醇由两大组生物资源生产：糖物质和淀粉材料。在这两种用于燃料乙醇生产的原料之间存在竞争。在21世纪前十年开始时，糖物质是多于60％的燃料乙醇生产的原料，到2006年，其份额减少至47％，此时，谷物占产量的53％(Licht 2006，“World ethanol markets：The outlook to 2015(世界乙醇市场：2015年展望)，”Tunbridge Wells，Agra Europe special report(Agra欧洲专题报告)，UK)。

生物燃料的生产和使用已经进入全球增长的新时代。现在使用的两种主要的生物燃料是乙醇和生物柴油。乙醇易于掺加汽油，生物柴油掺加基于石油的柴油用于常规以柴油供燃料的机器。目前，乙醇占生物燃料总产量超过90％，生物柴油占剩余部分。乙醇具有如油市场一样大的潜在的市场。其可以潜在地代替整个汽油燃料市场。在转酯过程中，甲醇或乙醇还用于制备生物柴油。

几乎所有的燃料乙醇通过玉米糖和甘蔗废物的发酵产生。世界上糖物质和谷物的量是有限的，并且对于乙醇生产，它们是相对昂贵的原料。使用这些物质的生物乙醇生产导致与人类食品的竞争，其可能在将来导致谷物和糖的价格上涨至较高的水平。基于乙醇的生物燃料通常来源于对玉米和大豆中存在的碳水化合物进行发酵，这对于生产是廉价的。然而，培育这些作物需要大面积的田地，这可能替代食物所需要的面积。

由于农业用地的有限可用性，所以重要的是，我们不能忽视海洋环境作为用于乙醇生产的生物质来源的潜力。已知大型藻类可以容易地培育，多产性生长，并且汇集碳。另外，海藻的水产养殖减少对海洋的富营养化(eutrophication)的贡献，因此可以用来减轻污水排出物和工业来源的氮废物(如来源于鱼类水产养殖的那些)的影响，这有助于生物多样性的维持或提高。

大型藻类，更常见地称为“海藻”，是多样组快速生长的海洋植物，并且在潮间带以及浅潮线下水域中以附着到岩石上的形式存在。这些植物是自养型的，利用来自太阳的能量结合水与二氧化碳(CO₂)来产生碳水化合物和最终的生物质。在世界范围内，收获这种生物质作为食品来源以及用于藻胶生产的输出材料。由于对海藻和基于海藻的产品的需求超过野生原料的供应，在一些亚洲国家中，如中国、日本、菲律宾和韩国，商业性培育海藻。此外，需求的增长开始刺激对培育方法以及用于海藻资源的可持续性生产和利用的提取方法的研究和开发。这些海藻可以在面积无限的海洋中以商业规模生长，并且可以产生巨大的生物质，而无需精确的农业实践。

这些海藻可以用于生物燃料生产，特别是用于生物乙醇生产，原因在于，由于下述原因，与生物柴油生产相比，它们更适于生物乙醇生产：

1.一些海藻的碳水化合物含量非常高。

2.与碳水化合物含量相比，海藻中的脂质(油)含量较少，这使得它们较不适于生物柴油生产。

3.对于乙醇生产，可以使用干/半干的或新鲜的海藻。它们不需要任何预先处理，如干燥。

4.生物柴油生产需要提取油，对此，材料需要干燥，这是要增加能量的。

5.通过乙醇发酵产生的CO₂可以用作藻类养殖原料。

红藻是具有高生长速率的全球重要海藻。它们是多样性起源的代表；更复杂的菌体由细丝组成。现在，卡帕藻属(Kappaphycus)和琼枝藻属(Betaphycus)红藻是食品工业中使用的角叉菜聚糖的最重要的来源。江蓠属(Gracilaria)、石花菜属(Gelidium)、鸡毛菜属(Pterocladia)和其他红藻用于制备广泛用作微生物生长培养基中的胶凝剂和用于生物技术应用的琼脂。这些藻细胞壁由长链多糖(如具有广泛商业用途的纤维素和琼脂/角叉菜聚糖)组成。